Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 14 № 514447
i

В пра­виль­ной тре­уголь­ной приз­ме АВСА′B′C′ сто­ро­на ос­но­ва­ния АВ равна 6, а бо­ко­вое ребро АА′ равно 3. На ребре АВ от­ме­че­на точка К так, что АК  =  1. Точки М и L  — се­ре­ди­ны рёбер А′С′ и В′С′ со­от­вет­ствен­но. Плос­кость γ па­рал­лель­на пря­мой АС и со­дер­жит точки К и L.

а)  До­ка­жи­те, что пря­мая ВМ пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти γ.

б)  Най­ди­те рас­сто­я­ние от точки С до плос­ко­сти γ.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  По­стро­им се­че­ние приз­мы плос­ко­стью γ. Про­ведём КР || АС, P при­над­ле­жит CB, CP  =  1. Про­ведём PL, про­ведём LR || AC, R при­над­ле­жит A'B'. Про­ведём RK. Тра­пе­ция LPKR  — ис­ко­мое се­че­ние. Се­че­ние па­рал­лель­но АС по при­зна­ку па­рал­лель­но­сти пря­мой к плос­ко­сти.

Введём си­сте­му ко­ор­ди­нат, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. В этой си­сте­ме ко­ор­ди­нат: В(0; 0; 0), С(0; 6; 0), В'(0; 0; 3), C'(0; 6; 3), A левая круг­лая скоб­ка 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та ; 3; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка , A' левая круг­лая скоб­ка 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та ; 3; 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , P(0; 5; 0), T левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка , M левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , K левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Тогда

\overrightarrowBM= левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , \overrightarrowKP= левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: минус 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка , \overrightarrowLP= левая круг­лая скоб­ка 0; 2; минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка .

От­ку­да по­лу­ча­ем:

\overrightarrowBM умно­жить на \overrightarrowKP = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 3 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: минус 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 0 пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс 0=0.

\overrightarrowBM умно­жить на \overrightarrowLP= левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; 3 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 0; 2; минус 3 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 плюс 9 минус 9=0.

Так как \overrightarrowBM \perp \overrightarrowKP и \overrightarrowBM \perp \overrightarrowLP по­лу­ча­ем, что BM \perp левая круг­лая скоб­ка KLP пра­вая круг­лая скоб­ка .

 

б)  Далее за­ме­тим, что плос­кость се­че­ния пер­пен­ди­ку­ляр­на век­то­ру \overrightarrowBM, най­дем урав­не­ние плос­ко­сти и вы­чис­лим рас­сто­я­ние от точки до плос­ко­сти.

Найдём сво­бод­ный член D в урав­не­нии плос­ко­сти  дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби x плюс дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби y плюс 3z плюс D=0, под­ста­вив ко­ор­ди­на­ты точки К:

 дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 9, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс 3 умно­жить на 0 плюс D=0 рав­но­силь­но  дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс D= дробь: чис­ли­тель: 90, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби плюс D = дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс D, по­это­му D= минус дробь: чис­ли­тель: 45, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Упро­стив урав­не­ние плос­ко­сти, по­лу­чим:  ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та x плюс 3y плюс 2z минус 15=0.

Тогда для ис­ко­мо­го рас­сто­я­ния по­лу­ча­ем:

d левая круг­лая скоб­ка C; левая круг­лая скоб­ка KLP пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: |Ax_0 плюс By_0 плюс Cz_0 плюс D|, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: A в квад­ра­те плюс B в квад­ра­те плюс C в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та конец дроби =  дробь: чис­ли­тель: | ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та умно­жить на 0 плюс 3 умно­жить на 6 плюс 2 умно­жить на 0 минус 15|, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 плюс 9 плюс 4 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

 

При­ве­дем дру­гое ре­ше­ние.

а)  Четырёхуголь­ник RLPK  — ис­ко­мое се­че­ние. Про­ведём плос­кость B'MTB. Имеем:

B'M \cap RL = F', BT \cap KP = F,  левая круг­лая скоб­ка B'MT пра­вая круг­лая скоб­ка \cap гамма = F'F.

Рас­смот­рим пря­мо­уголь­ник BB'MT. За­ме­тим, что LR  — сред­няя линия тре­уголь­ни­ка A'B'C', тогда F'  — се­ре­ди­на B'M, тогда

F'M= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби B'M= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 6 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

 дробь: чис­ли­тель: FT, зна­ме­на­тель: BT конец дроби = дробь: чис­ли­тель: KA, зна­ме­на­тель: BA конец дроби BKF ~ ΔBAT):

 дробь: чис­ли­тель: FT, зна­ме­на­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 6 конец дроби рав­но­силь­но FT= дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Пусть те­перь FH || MT,H при­над­ле­жит B'M. Тогда F'H=F'M минус FT= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та .

BM= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 9 плюс 27 конец ар­гу­мен­та =6. F'F= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: F'H в квад­ра­те плюс HF в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс 3 в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 плюс 9 конец ар­гу­мен­та = 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та .

На про­дол­же­нии TB за точку B от­ме­тим точку F'', такую, что F''B=F'M= дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Тогда F''F' || BM и F''F'= 6.

Далее,

F''F= дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс левая круг­лая скоб­ка 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = 4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та ,

6 в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка 2 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка 4 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те рав­но­силь­но левая круг­лая скоб­ка F''F' пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка F'F пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка F''F пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те .

По об­рат­ной тео­ре­ме Пи­фа­го­ра, тре­уголь­ник FF'F'' пря­мо­уголь­ный  левая круг­лая скоб­ка F''F' \perp F'F пра­вая круг­лая скоб­ка , сле­до­ва­тель­но, BM \perp FF'.

б)  За­ме­тим, что по­сколь­ку  левая круг­лая скоб­ка AC пра­вая круг­лая скоб­ка || гамма , то d левая круг­лая скоб­ка C, гамма пра­вая круг­лая скоб­ка =d левая круг­лая скоб­ка T, гамма пра­вая круг­лая скоб­ка . Пусть ос­но­ва­ни­ем пер­пен­ди­ку­ля­ра опу­щен­но­го из T на γ будет яв­лять­ся точка S. Тогда TS || BM || F''F'. Таким об­ра­зом, тре­уголь­ни­ки FTS и FF''F' будут по­доб­ны. Сле­до­ва­тель­но,  дробь: чис­ли­тель: TS, зна­ме­на­тель: F''F' конец дроби = дробь: чис­ли­тель: FT, зна­ме­на­тель: FF'' конец дроби , от­ку­да TS= дробь: чис­ли­тель: \dfrac ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на 64 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

 

Ответ: б)  дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

 

Еще один под­ход к ре­ше­нию за­да­чи, не ис­поль­зу­ю­щий метод ко­ор­ди­нат, ука­жем на при­ме­ре за­да­чи 514653.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та a) и обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ в пунк­те б)3
По­лу­чен обос­но­ван­ный ответ в пунк­те б)

ИЛИ

име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та а) и при обос­но­ван­ном ре­ше­нии пунк­та б) по­лу­чен не­вер­ный ответ из-за ариф­ме­ти­че­ской ошиб­ки

2
Име­ет­ся вер­ное до­ка­за­тель­ство утвер­жде­ния пунк­та а)

ИЛИ

при обос­но­ван­ном ре­ше­нии пунк­та б) по­лу­чен не­вер­ный ответ из-за ариф­ме­ти­че­ской ошиб­ки,

ИЛИ

обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ в пунк­те б) с ис­поль­зо­ва­ни­ем утвер­жде­ния пунк­та а), при этом пункт а) не вы­пол­нен

1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из кри­те­ри­ев, при­ведённых выше0
Мак­си­маль­ный балл3
Источники:
Методы геометрии: Ис­поль­зо­ва­ние век­то­ров, Метод ко­ор­ди­нат
Классификатор стереометрии: Пер­пен­ди­ку­ляр­ность пря­мой и плос­ко­сти, Пра­виль­ная тре­уголь­ная приз­ма, Рас­сто­я­ние от точки до плос­ко­сти, Се­че­ние  — тра­пе­ция, Се­че­ние, па­рал­лель­ное или пер­пен­ди­ку­ляр­ное пря­мой